[發(fā)明專利]一種密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)氣流設計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111381702.5
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN113822001B
• 公開（公告）日: 2022-02-22
• 發(fā)明（設計）人: 吳敬濤;王彬文;張亞娟;任戰(zhàn)鵬;婁鑫杰
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 西安創(chuàng)知專利事務所 61213
• 代理人: 馬鳳云

1.一種密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)氣流設計方法，所述開放式吹風模擬系統(tǒng)包括開放式風洞以及位于開放式風洞入口前4m處和出口前4m處的空間流場，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、模擬密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)并生成計算網(wǎng)格：利用CATIA軟件建立密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)的三維模型，并采用混合網(wǎng)格形式對密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)進行網(wǎng)格劃分，所述密封實驗室長度方向和開放式風洞長度方向為x軸方向，所述密封實驗室高度方向和開放式風洞高度方向為z軸方向，y軸方向垂直于x軸和z軸，對開放式風洞采用第一網(wǎng)格劃分，對開放式風洞入口前4m處和出口前4m處的空間流場采用第二網(wǎng)格劃分，對實驗室內(nèi)其余空間流場采用第三網(wǎng)格劃分，所有壁面為邊界層，對邊界層由開放式風洞向密封實驗室擴散方向采用增長型網(wǎng)格劃分；

第一網(wǎng)格為結構網(wǎng)格，第二網(wǎng)格和第三網(wǎng)格均為四面體網(wǎng)格，增長型網(wǎng)格為棱柱式網(wǎng)格；

步驟二、設置邊界條件：把三維模型導入FLUENT軟件中，并輸入邊界條件，所述邊界條件包括氣體溫度、氣體氣壓、氣體密度和氣體動粘性系數(shù)，所有壁面均為絕熱無滑移壁面，松弛因子為常數(shù)；

步驟三、構建開放式吹風模擬系統(tǒng)的數(shù)值模型：在FLUENT軟件中構建開放式吹風模擬系統(tǒng)的數(shù)值模型，其中，Ω為開放式吹風模擬系統(tǒng)控制體和△Ω為控制體的邊界，?為微分符號，t為時間，ρ為氣體密度，u為風速的x軸分量，v為風速的y軸分量，w為風速的z軸分量，V為開放式吹風模擬系統(tǒng)所占體積，e為密封實驗室內(nèi)單位體積下的總內(nèi)能，為控制體的邊界網(wǎng)格體積向量，為網(wǎng)格面的外法線向量，p為氣體壓強，為在x軸上的分量，為在y軸上的分量，為在z軸上的分量，dS為控制體的邊界上面積微元，，為開放式風洞入口來流密度，為開放式風洞入口來流速度，為開放式風洞入口來流長度，為開放式風洞入口來流粘性系數(shù)，，，，，，，，，，，，，μ為總粘性系數(shù)且，為層流粘性系數(shù)，為湍流粘性系數(shù)，為風速的x軸分量在x軸方向的偏導，為風速的x軸分量在y軸方向的偏導，為風速的x軸分量在z軸方向的偏導，為風速的y軸分量在x軸方向的偏導，為風速的y軸分量在y軸方向的偏導，為風速的y軸分量在z軸方向的偏導，為風速的z軸分量在x軸方向的偏導，為風速的z軸分量在y軸方向的偏導，為風速的z軸分量在z軸方向的偏導，為層流，為湍流Prandtl數(shù)，γ為氣體的比熱，T為氣體溫度，為氣體溫度在x軸方向的熱傳導，為氣體溫度在y軸方向的熱傳導，為氣體溫度在z軸方向的熱傳導；

步驟四、15℃條件下密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)氣流計算結果及風速云圖顯示：利用FLUENT軟件進行多次數(shù)值計算，每次FLUENT軟件中輸入氣體溫度15℃、距風洞出風口4米處試驗區(qū)風速均勻性閾值、風機轉速、風機壓增的方向和風機壓增值進行數(shù)值計算，每次數(shù)值計算中輸入的風機壓增值不同，獲取開放式風洞出口前4m處的空間流場的風速55m/s時，開放式風洞距入風口及出風口4m處的壓力場及風速云圖，并確定當前條件下的風機壓增F1；

步驟五、-25℃條件下密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)氣流計算結果及風速云圖顯示：利用FLUENT軟件進行多次數(shù)值計算，每次FLUENT軟件中輸入氣體溫度-25℃、距風洞出風口4米處試驗區(qū)風速均勻性閾值、風機轉速、風機壓增的方向和風機壓增值進行數(shù)值計算，每次數(shù)值計算中輸入的風機壓增值不同，獲取開放式風洞出口前4m處的空間流場的風速55m/s時，開放式風洞距入風口及出風口4m處的壓力場及風速云圖，并確定當前條件下的風機壓增F2；

步驟六、獲取開放式風洞出口前4m處的空間流場的要求風速下風機壓增：根據(jù)公式F=max（F1，F(xiàn)2），獲取開放式風洞出口前4m處的空間流場的要求風速下風機壓增F，其中，max（·）為最大值函數(shù)。

2.按照權利要求1所述的一種密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)氣流設計方法，其特征在于：步驟一中，對開放式風洞采用尺寸為40mm的第一網(wǎng)格劃分，對開放式風洞入口前4m處和出口前4m處的空間流場采用尺寸為50mm的第二網(wǎng)格劃分，對實驗室內(nèi)其余空間流場采用尺寸為500mm的第三網(wǎng)格劃分，所有壁面為邊界層，對邊界層由開放式風洞向密封實驗室擴散方向采用增長型網(wǎng)格劃分，增長型網(wǎng)格最內(nèi)層網(wǎng)格高度為0.01mm，邊界層的增長型網(wǎng)格高度增長率為1.25。

3.按照權利要求1所述的一種密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)氣流設計方法，其特征在于：所述氣體氣壓為101325Pa。

4.按照權利要求1所述的一種密封實驗室開放式吹風模擬系統(tǒng)氣流設計方法，其特征在于：所述距風洞出風口4米處試驗區(qū)風速均勻性閾值為±4%。